我国GPS车辆定位管理系统的现状与发展方向

我国GPS车辆定位管理系统的现状与发展方向2003-01-13华夏交通在线西安航天恒星科技股份有限公司总工程师郭嘉俭【声明】：转载《中国公路》《中国交通信息化》《中国高速公路》《中国公路文化》《中国交通建设监理》《交通决策参考》稿件须经书面授权。索取授权书QQ:471885979GPS导航定位具有精度高、全天候、高效率、多功能、操作简便、使用广泛等显著特点，因而在海、陆、空移动物体的导航、导弹制导、大地测量和工程测量的精密定位、时间传递和运动体的速度测量方面都获得了大量的应用。GPS的应用已日益普及。有人预言GPS将改变人们的生活方式，今后所有的运载器、移动体都将依赖GPS。GPS的应用已经形成了一个产业。据美国GPS产业协会报告，仅车载GPS系统而言，1994年销售量为1.8亿美元，1995年达3.1亿美元，预计2000年将达30亿美元。又据美国商务部估计，2000年全球GPS用户机的年销售额达80亿美元。为了适应GPS技术的应用与发展，我国于1995年成立了“中国全球定位系统技术应用协会”。车载GPS定位管理系统的市场前景由于社会飞速发展，汽车愈来愈成为人们不可缺少的最常用交通工具。据统计，仅几个发达国家，汽车的保有量已达数亿量之多。而我国的民用汽车保有量也在迅速增长，目前已达几千万两。车辆导航定位将成为全球卫星定位系统应用的最大潜在市场之一。据估计，到21世纪初，全世界用于车辆定位导航的总投资将超过30亿美元，占当年GPS应用总投资的1／3。车辆定位是城市智能交通管理的重要内容之一。早期的城市汽车定位系统采用无线电定位方式。在城市各地设置许多小型无线电台，利用汽车的接收机接收各电台发出的无线电信号，以交叉定位方式进行定位。这种定位方式一是精度差、二是费用昂贵。GPS车辆定位管理系统利用车载GPS接收机，可以精确地实行自主定位，在用无线通信方式将定位信息发往监控中心（指挥调度中心），监控中心采用电子地图就可以准确地对车辆进行跟踪和调度管理。首先是对特种专用车辆的定位跟踪。例如运钞车、救护车、救火车、公安巡逻车、迎宾车等。在我国这类车辆约有几十万辆。对这些车辆往往要求实现全程监控、调度和指挥。根据××城市××急救中心报告，在其急救车上装备GPS卫星定位调度系统之后，从接到急救电话至救护车赶到病人所在地所花费的时间平均可缩短2分钟，这主要是由于医院从调度中心的GPS系统上可很快找到离病人最近的可救护车以及可以指挥救护车以最快的速度找到病人。可以想象，对那些被紧急抢救的病人来讲，这2分钟是多么宝贵啊！对城市大量的出租车来讲，装上GPS定位管理系统，不仅可以大大增强防盗防劫的能力，而且十分有利于出租车运营管理。据××城市××出租车管理公司报告，由于给其下属的所有出租车装上GPS定位管理系统后，可以对出租汽车实行“电召”，即在用户打电话给出租汽车公司告诉需要用车的准确位置后，由公司调度中心，指挥离该用户所在地最近的空车去“应召”。在采用这种管理办法之后，平均每个出租车司机的营业额增加了10—15％。更加重要的是，由此可以减少大量出租车为了找用户而无目的的空驶。这对减轻城市的车流量和减少汽车废气对城市的污染更有十分重要的意义。据了解，上海、深圳、郑州、西安等许多城市的部分出租汽车上已安装了此种GPS报警管理系统，取得了良好的效果。对城市的公交公司来说，装备GPS定位管理系统将可大大提高其运营管理的智能化水平。目前存在的问题是：仅靠人工手段对每一路车的所有车辆的运营情况，包括何时发车（出场）、何时经过某个车站、何时到达终点站、何时返回（回场）、每个车的实际每趟运行里程等等进行详细的、准确的登记和统计是非常困难的。但是如果在每辆车上装上GPS定位管理系统后，这就可以轻松地做到。有了GPS系统后，就可以为电子站牌的建设创造一个良好的条件。目前，杭州、宁波、大连、三明等一些城市，已经在公交系统安装了GPS系统和电子站牌，预期这种趋势将得到迅速发展。GPS系统不仅对城市交通意义十分重大，对长途车来讲也有很大的意义。公安部门多次报到，在长途客运车上转载GPS系统后，迅速抓获抢劫车上乘客的歹徒的消息。对长途货运车业主来讲，有了该系统可以随时掌握物流的情况，随时调动货运车辆，还可随时与司机通话。很明显，这对加速货物运转，缩短空驶路程十分有效。综上所述，很显然，车载卫星定位管理系统具有十分良好的应用前景。车辆GPS定位管理系统的基本组成车辆GPS定位管理系统一般由多个车载台和1个监控中心（可包括几个监控分中心）两大部分组成，其系统工作原理如图一所示。车载台部分中GPS接收机的功能是实行自主定位，如果系统有差分功能的话，它亦进行差分修正；控制器的功能是进行数据处理（压缩或纠错处理）和加入要送给监控中心的传感器信息；经过适当的通信接口（包括调置解调器）后，经通信电台（或通信模块）发往监控中心。它同时接收由监控中心发出的各种指令和差分修正信息。某些系统的电台除了传送数据外，还能通话（数据兼容）。监控中心各部分的功能如下：由通信电台接受各种移动台发出的全部数据（或话音），这些数据包括GPS定位数据和传感器传来的各种信息，这些数据经适当的通信接口（包括调制解调器）后，送至中央处理机。同样通信电台亦发送由中央处理机送出的命令和差分修正信号（由差分基准站产生）。地理信息系统的电子地图将准确地显示所希望的所有车辆的实时位置，地图本身可以任意放大、缩小、还原、切换、可开多个窗口已分别跟踪不同的车辆。差分基准站用以生产差分修正信息，送往中央处理机。中央处理机将管理数据库，并将各种调度、指令信息、差分修正信息通过控制器及通信电台发往各车台。同时将收到的各车台发来的信息送往电子地图或数据库贮存。分监控中心是用户为了实行分级管理而建立的，它同样可以根据总监控中心的授权对不同类型的车辆实行行管理和数据处理。由此可见，GPS卫星定位管理系统是集GPS卫星定位技术、移动通信通信技术、GIS地理信息技术、计算机网络与数据处理技术等多方面现代技术于一体的高技术系统，开发与研制这样的系统需要多方面的知识和技能。车载GPS定位管理系统的发展车载GPS定位管理系统的应用正在我国迅速发展。前些年，由于某些厂商提供的产品技术不成熟，在系统投入应用后，发现存在较大的问题。甚至个别系统不得不关闭，使用户受到很大的损失。这类事件屡有发生，使我国GPS车载定管理系统的发展受到一些影响。目前，这个市场正在再一次“启动”，愈来愈多的用户认识了它的价值和意义，产品也日趋成熟。可以期望，这个产业将会迅速发展壮大。去年5月在北京举行的“2000中国北京高新产业国际展览会”上，专辟一个展览馆叫作“中国国际地球空间信息产业技术暨设备展览会”。据不完全统计，其中来自GPS和GIS技术和设备的参展商接近40家，占该展览馆总参展商数的70％，其中来自国外（或其国内代理）和台湾的厂商占了大部分。由此可见市场发展的希望。GPS车载卫星定位管理系统将会在下面几个方面得到进一步发展。1.在GPSOEM板方面主要的发展方向将是提高精度，进一步缩小体积，降低功耗以及降低价格。为了减小由于某个国家独霸卫星定位系统所带来的负面影响，GPS、GLONASS兼容OEM板将会得到更多的用户。2000年5月1日，美国宣布将SA置零，使GPS自主定位的精度有了相当大的提高（由100M到25m左右）。但差分和逆向差分仍为许多用户所欢迎，因为它增加的费用不多，精度可以明显提高。在进一步缩小体积方面，展览会上展出的与天线集成在一起的12通道OEM板，尺寸只有57×49×21mm（OEM板本身还要小得多），其耗电仅0.5W。最新出产的美国Ashtech公司2G型接收机GG24，为24通道接收机，（12CHGPS+12CHGLONASS），其单点定位精度别达到7m（50%）和16m（95%），其差分实时定位精度可达35Cm（50%）和75Cm（95%），授时精度可达70ns，耗功2.6W，重量仅227g，尺寸为225×172×58（mm）。台湾飞鹰航太公司生产的2G型16通道接收机TFAG50型，单点定位精度达7m（50%）和27m（95%），授时精度为0.1μs，尺寸仅70×50×12（mm）重量＜50g，功耗1W。2、在数据传输方面主要是采用合理的通信方式，一方面尽量提高频谱利用率，减少对十分紧张的频率资源的占用；另一方面又要为用户着想，节省用户的开支（包括初装费和运行费）。常规无线电台通信方式目前仍是一种有用，不可替代的通信方式，要提高传输速率和缩短车辆轮巡时间。据美国MDS公司（MicrowaveDataSystemInc.）报道，它们研制生产的MDS电台，采用DSP（数字信息处理）、前向纠错编码、软件无线电、数字调制、相干解调等一系列技术、在25KHz道间隔内，可实现空中数据传输速率高达19.2kbps，误码率10—6。采用“动态编组”方式无疑也是一种好的选择，可以大大节省频率资源，也为用户节省费用。扩大覆盖范围也将是一个主要的课题，特别是要研究用尽量少的频点来实现中继的方式。对GSM通信方式，主要是要研究如何让短消息服务更好用到GPS定位管理系统中，一方面是尽量缩短延时，另一方面是用1条短消息法发出尽可能多的GPS定位和管理信息。目前，一条短消息最长可发140—160个ASCⅡ码（或60—70个汉字编码），如何充分利用？这不仅可减小对移动通信网的负荷，更重要的是可降低系统的运行费用。另外，开通GSM短消息广播服务功能，将可以为GPS定位管理系统更好服务，有的厂家将高速寻呼（FLEX）系统与GSM系统相结合，使系统具有广播服务功能，这也是一种很好的尝试。3、在系统功能方面在这方面主要是设法增加系统服务功能，更加方便用户。GPS定位管理系统在我国最初是从防盗报警这方面的要求提出的。现在，防盗、报警无疑仍是其主要的功能之一，现在的产品在防盗、报警方面已增加了许多新的内容，如防拖吊报警（汽车被拖走或吊起报警），密码识别报警，非法开车门报警等。车在系统隐避安装，对加强系统的防盗、反劫有重要意义，目前有些公司生产的产品可以做到完全隐秘（主要指采用GSM的双Ｇ系统，常规无线电台的天线难于完全隐藏）台湾××公司已推出贴在汽车车窗玻璃上的薄膜型GPS天线，据称其性能和其它普通小型GPS天线相当，这更加有利于整个系统的隐秘安全。为了防止汽车供电被切断后GPS系统无法工作，有些产品已加装上了备用电源，可供系统工作1—2小时。当主电源被切断后，系统自动接入备用电源并报警。在安全求助方面，许多系统除了设置紧急求助的报警按钮以外，还设置了随身无线求援遥控器，司乘人员不仅可在车内告警，在离开汽车一定距离时也可告警求助。一些高档车辆还设置了重大碰撞自动通报系统和安全气囊启动自动报警器等等。这对进一步保障司乘人员的安全和及时抢救十分有意义。在方便用户方面，有的设置了“免持听筒大哥大”，可以具有红外线拨号、方向盘简易拨号和声控拨号多种方式，提供自动来电接听和耳机功能，使开车时使用更加方便。有的系统增加了大型LCD液晶显示器，便于司乘人员可以阅读传过来的各种短消息。由于移动通信业务的迅速发展，用户可通过安装的双G系统上网，或为乘客提供移动通信服务。总之，GPS定位管理系统已不局限于定位、报警两项功能，新的系统为用户提供了许多附加的服务功能。因此，它简直就是一个简易的行动办公室的重要组合部分。4、在加强服务方面过去，GPS定位管理系统往往仅为部门或单位加强管理而设立。由于它的功能迅速增加以及愈来愈提倡服务社会化，成立专门的GPS定位管理服务公司愈来愈成为时代的要求。此类服务公司本身不研究生产各种硬件，他们主要从事为用户进行系统设计、产品选择、安装调试以及运营服务等项工作，特别在采用GSM公用移动通信网作为通信设备以后，这种服务的可能性更加增大。这种服务公司可能有几大优势：1）由于自己不研制生产产品，主要进行服务，就可以更好为用户设想，选择最适合用户需要的设备。许多用户由于各种原因不可能对现有的许多产品进行比较，往往偏听偏信某公司的某些夸大事实的宣传，造成产品选择失误，导